林明森，張有廣，袁欣哲

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海洋遙感衛(wèi)星發(fā)展歷程與趨勢展望

林明森，張有廣，袁欣哲

1 引言

海洋占地球表面積的70%以上，是生命的源泉和資源的寶庫。海洋對維持當(dāng)前的氣候，調(diào)節(jié)地球的熱量平衡，控制地球上的水循環(huán)和碳循環(huán)起著重要作用。海洋本身也是人類活動(dòng)的場所，它是人類社會(huì)生存和可持續(xù)發(fā)展的有機(jī)組成部分，并對沿海國家的安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生重大影響。21世紀(jì)是海洋的世紀(jì)，深刻并全面地了解海洋、認(rèn)識海洋，是實(shí)現(xiàn)海洋強(qiáng)國、提高我國綜合國力、預(yù)防及減少海洋災(zāi)害、維護(hù)海洋權(quán)益和海洋資源開發(fā)等領(lǐng)域的迫切需要。

海洋衛(wèi)星能夠?qū)θ蚝Ｑ蟠蠓秶?、長時(shí)期的觀測，為人類深入了解和認(rèn)識海洋提供了其他觀測方式都無法替代的數(shù)據(jù)源。海洋遙感衛(wèi)星通過搭載各類遙感器來探測海洋環(huán)境信息，按照功能可分為海洋水色衛(wèi)星、海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星和海洋監(jiān)視監(jiān)測衛(wèi)星。目前，全球共有海洋衛(wèi)星或具備海洋探測功能的對地觀測衛(wèi)星50余顆。美國、歐洲、日本和印度等國家和地區(qū)均已建立了比較成熟和完善的海洋衛(wèi)星系統(tǒng)。我國已經(jīng)發(fā)射了兩顆海洋水色衛(wèi)星（HY-1A/B）和一顆海洋動(dòng)力環(huán)境（HY-2A）衛(wèi)星，初步建立了我國的海洋衛(wèi)星監(jiān)測體系，為完善海洋環(huán)境立體監(jiān)測體系的建立奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。但是，我國的海洋衛(wèi)星監(jiān)測體系尚不完善，觀測要素相對較少，數(shù)據(jù)服務(wù)的連續(xù)性還有待加強(qiáng)。

本文將通過詳細(xì)梳理國內(nèi)外海洋遙感衛(wèi)星的發(fā)展歷程與應(yīng)用狀況，進(jìn)而對未來海洋遙感衛(wèi)星的發(fā)展趨勢進(jìn)行論述，為我國海洋遙感衛(wèi)星的發(fā)展提供技術(shù)發(fā)展參考。

2 海洋遙感衛(wèi)星發(fā)展歷程

對地觀測衛(wèi)星先后經(jīng)歷了20世紀(jì)60年代的起步階段，70年代的初步應(yīng)用階段，80年代到90年代的大發(fā)展階段，直到近10余年來，對地觀測衛(wèi)星中專門用于海洋觀測的海洋衛(wèi)星及對地觀測衛(wèi)星中具備部分海洋信息觀測功能的衛(wèi)星開始向高空間分辨率、高時(shí)間分辨率、高光譜分辨率、高信噪比和高穩(wěn)定性等方向發(fā)展。國外主要航天大國，均有專門的海洋衛(wèi)星觀測計(jì)劃，并形成了多種業(yè)務(wù)應(yīng)用，在海洋環(huán)境的監(jiān)測和軍民應(yīng)用中對海洋衛(wèi)星的依賴程度不斷加大。

下面按時(shí)間順序分別介紹國內(nèi)外海洋衛(wèi)星和對地觀測衛(wèi)星中具有海洋觀測功能的衛(wèi)星的發(fā)展歷程。

2.1 美國

2.1.1 海洋衛(wèi)星

美國是世界上首個(gè)發(fā)展海洋衛(wèi)星遙感技術(shù)的國家，在1978年發(fā)射了世界上第一顆海洋衛(wèi)星SAE-SAT，近40年來美國發(fā)展了海洋環(huán)境衛(wèi)星、海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星和海洋水色衛(wèi)星等不同類型的專用海洋衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了從空間獲取海洋水色和海洋動(dòng)力環(huán)境信息的能力。

“地球軌道測地衛(wèi)星”（GEOS）是美國“國家測地衛(wèi)星計(jì)劃”的一部分，由 JPL負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和制造。GEOS衛(wèi)星共有3顆，前兩顆衛(wèi)星gEOS-1和gEOS-2用于重力測量；第三顆GEOS-3主要用于海洋動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)。GEOS-3衛(wèi)星于1975年4月9日發(fā)射。

該衛(wèi)星為確定海洋學(xué)和地球動(dòng)力學(xué)研究提供了3年有效數(shù)據(jù)，獲取的大量高質(zhì)量數(shù)據(jù)使人們的注意力從雷達(dá)高度計(jì)的試驗(yàn)階段轉(zhuǎn)向了應(yīng)用階段。

SAESAT衛(wèi)星是美國航空航天局（NASA）發(fā)展的首顆海洋衛(wèi)星，也是一顆“方案驗(yàn)證”衛(wèi)星，主要任務(wù)是驗(yàn)證利用海洋微波遙感載荷從空間探測海洋及有關(guān)海洋動(dòng)力現(xiàn)象的有效性。SEASAT于1978年6月27日在范登堡空軍基地發(fā)射，1978年10月9日，衛(wèi)星電源系統(tǒng)發(fā)生故障，11月21日衛(wèi)星正式宣告失敗。盡管該衛(wèi)星工作了僅3個(gè)月，但獲取的數(shù)據(jù)對后續(xù)雷達(dá)高度計(jì)遙感技術(shù)的發(fā)展意義重大。

Geosat衛(wèi)星是美國海軍早期發(fā)展的雷達(dá)測高衛(wèi)星，目標(biāo)是為海軍提供高密度全球海洋重力場模型，以及進(jìn)行海浪、渦旋、風(fēng)速、海冰和物理海洋研究，獲得高精度的全球海洋大地水準(zhǔn)面精確制圖。Geosat衛(wèi)星1985年3月13日發(fā)射，1990年退役。

TOPEX/Poseidon衛(wèi)星是美國和法國合作開發(fā)的海面地形測量衛(wèi)星，用于全球高精度海面高度的測量，從而觀測和了解潮汐以及大洋環(huán)流。1992年8月10日TOPEX/Poseidon衛(wèi)星發(fā)射，2005年10月9日衛(wèi)星停止運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)間13年。TOPEX/Poseidon衛(wèi)星在軌道設(shè)計(jì)、載荷配置和數(shù)據(jù)處理等方面的技術(shù)，使該衛(wèi)星成為迄今海面高度觀測精度最高的衛(wèi)星，它與其后續(xù)衛(wèi)星也是用于潮汐研究最為合適的測高系統(tǒng)。

海星（SeaStar）衛(wèi)星又稱軌道觀測-2衛(wèi)星（Orbview-2）是美國軌道科學(xué)公司的軌道觀測系列衛(wèi)星之一，于1997年8月1日發(fā)射，主要用于海洋水色觀測、海洋生物和生態(tài)學(xué)研究，為美國地球探測計(jì)劃提供全球環(huán)境觀測數(shù)據(jù)。SeaStar衛(wèi)星繼承了Nimbus-7衛(wèi)星上搭載的“海岸帶水色掃描儀”的特性，所獲取的海洋遙感數(shù)據(jù)廣泛用于海洋研究各個(gè)領(lǐng)域。

QUIKSCAT衛(wèi)星是 NASA研制用于海洋風(fēng)場觀測的衛(wèi)星。該衛(wèi)星的目標(biāo)是重啟NASA“海洋風(fēng)測量”計(jì)劃，以滿足改善天氣預(yù)報(bào)和氣候研究的需要。衛(wèi)星上載有一臺“海洋風(fēng)場”微波散射計(jì)SeaWinds，主要用來全天候、連續(xù)測量和記錄全球的海洋風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)。QUIKSCAT衛(wèi)星1999年6月20日從美國的范登堡空軍基地發(fā)射，成功運(yùn)行了10年，在2009年11月23日不再提供觀測數(shù)據(jù)。

2.1.2 對地觀測衛(wèi)星中具備海洋觀測功能的衛(wèi)星

“國防氣象衛(wèi)星計(jì)劃”衛(wèi)星（DMSP）是美國國防部發(fā)展的軍用極軌氣象衛(wèi)星，主要用于獲取全球氣象、海洋和空間環(huán)境信息，為軍事作戰(zhàn)提供信息保障。DMSP系列衛(wèi)星首發(fā)時(shí)間是1962年5月23日，截至2012年6月30日，DMSP衛(wèi)星共發(fā)展12個(gè)型號，發(fā)射衛(wèi)星51顆，成功46顆。在DMSP-5D3衛(wèi)星中的“微波成像儀/探測器”可用于海冰和海面溫度的觀測。

“雨云”衛(wèi)星（Nimbus）是美國早期的實(shí)驗(yàn)型氣象衛(wèi)星，主要用來實(shí)驗(yàn)地球環(huán)境衛(wèi)星上使用的新遙感器，同時(shí)也提供部分氣象探測資料。Nimbus系列衛(wèi)星從1964年8月到1978年10月共發(fā)射了8顆衛(wèi)星。其中，Nimbus-7衛(wèi)星上搭載的“海岸帶水色掃描儀”用于測量海洋和海岸帶水色，測量葉綠素濃度、沉積物分布等，具有 5個(gè)通道，波長分別為 0.44μm、0.56μm、0.67μm、0.75μm、11.5μm。幅寬1556km，空間分辨率825 m；“多通道微波輻射儀”可實(shí)現(xiàn)海冰和海面溫度的觀測，工作中心頻率分別為：6.6gHz、10.7gHz、18.0gHz、21.0gHz、37.0gHz。

NOAA衛(wèi)星是美國發(fā)展的民用極軌氣象衛(wèi)星，也可用于全球海洋、陸地和空間等環(huán)境監(jiān)測。NO-AA衛(wèi)星是由NASA和NOAA合作研制，其他國際合作伙伴有法國、加拿大、英國和歐洲氣象衛(wèi)星組織（EUMETSAT）。NASA負(fù)責(zé)衛(wèi)星設(shè)計(jì)、研制、總裝和發(fā)射，NOAA負(fù)責(zé)衛(wèi)星的運(yùn)行、數(shù)據(jù)的接收、存檔和分發(fā)。NOAA衛(wèi)星自1970年12月發(fā)射第1顆以來，共經(jīng)歷了5代。目前使用較多的是第五代 NOAA衛(wèi)星，1998—2009年發(fā)射的NOAA-15～19衛(wèi)星搭載的“第三代先進(jìn)甚高分辨率輻射計(jì)”可用于海面溫度的觀測；“先進(jìn)微波探測儀”可用于海冰的監(jiān)測。

“土”衛(wèi)星（Terra）美國、日本和加拿大聯(lián)合發(fā)展的對地觀測衛(wèi)星，屬于美國“地球觀測系統(tǒng)”（EOS）計(jì)劃，主要用來觀測地球氣候變化。Terra衛(wèi)星搭載的有效載荷“中分辨率成像光譜儀”可以獲取海面溫度和海洋水色信息。Terra衛(wèi)星1999年12月18日發(fā)射，現(xiàn)仍在軌運(yùn)行。

“水”衛(wèi)星（Aqua）是美國NASA發(fā)展的對地觀測衛(wèi)星，屬于“地球觀測系統(tǒng)”（EOS）計(jì)劃，原名為“上午星”（EOS/PM-1），后 NASA改名為“水”衛(wèi)星。它的主要任務(wù)是對地球上的水循環(huán)進(jìn)行全方位的觀測，可以獲取海洋溫度和海洋水色信息。Aqua衛(wèi)星2002年5月4日發(fā)射，現(xiàn)仍在軌運(yùn)行。

“冰”衛(wèi)星（ICESAT）是美國NASA、工業(yè)界和大學(xué)聯(lián)合研制的對地觀測衛(wèi)星，屬于“地球觀測系統(tǒng)”（EOS）計(jì)劃，主要任務(wù)包括監(jiān)測極地冰蓋的質(zhì)量平衡及其對全球海平面變化的影響。ICESAT衛(wèi)星2003年1月13日發(fā)射，2010年8月退役。

2.2 中國

我國在海洋衛(wèi)星方面經(jīng)過多年的建設(shè)，取得了顯著進(jìn)展。自2002年5月—2011年8月分別發(fā)射了HY-1A/B和HY-2A三顆衛(wèi)星，已經(jīng)初步建立海洋水色和海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星監(jiān)測系統(tǒng)。

2.2.1 海洋衛(wèi)星

我國第一顆海洋水色衛(wèi)星HY-1A，于2002年5月15日成功發(fā)射。它實(shí)現(xiàn)了我國海洋衛(wèi)星零的突破，完成了海洋水色功能及試驗(yàn)驗(yàn)證，使海洋水色信息提取與定量化應(yīng)用水平得到了提高，促進(jìn)了海洋遙感技術(shù)的發(fā)展，為我國的海洋衛(wèi)星系列發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。到2004年4月HY-1A 衛(wèi)星停止工作，在軌運(yùn)行685 d期間，獲取了中國近海及全球重點(diǎn)海域的葉綠素濃度、海表溫度、懸浮泥沙含量、海冰覆蓋范圍、植被指數(shù)等動(dòng)態(tài)要素信息以及珊瑚、島礁、淺灘、海岸地貌特征，研發(fā)制作了 42種遙感產(chǎn)品。我國第二顆海洋水色衛(wèi)星HY-1B，于2007年4月11日成功發(fā)射，該衛(wèi)星在HY-1A衛(wèi)星基礎(chǔ)上研制，其觀測能力和探測精度進(jìn)一步增強(qiáng)和提高。目前在軌運(yùn)行7年多，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星由試驗(yàn)型向業(yè)務(wù)服務(wù)型的過渡。

我國第一顆海洋動(dòng)力環(huán)境衛(wèi)星HY-2A，于2011年8月16日發(fā)射，現(xiàn)仍在軌運(yùn)行。該衛(wèi)星集主、被動(dòng)微波遙感器于一體，具有高精度測軌、定軌能力與全天候、全天時(shí)、全球探測能力。衛(wèi)星主要載荷有：雷達(dá)高度計(jì)、微波散射計(jì)、掃描輻射計(jì)、校正輻射計(jì)。主要使命是監(jiān)測和調(diào)查海洋環(huán)境，獲得包括海面風(fēng)場、浪高、海流、海面溫度等多種海洋動(dòng)力環(huán)境參數(shù)，直接為災(zāi)害性海況預(yù)警預(yù)報(bào)提供實(shí)測數(shù)據(jù)，為海洋防災(zāi)減災(zāi)、海洋權(quán)益維護(hù)、海洋資源開發(fā)、海洋環(huán)境保護(hù)、海洋科學(xué)研究以及國防建設(shè)等提供支撐服務(wù)。

2.2.2 對地觀測衛(wèi)星中具備海洋觀測功能的衛(wèi)星

1988年9月我國發(fā)射了第一顆極軌氣象衛(wèi)星“風(fēng)云一號”（FY-1A）衛(wèi)星，搭載的主要傳感器是多通道可見光和紅外掃描輻射計(jì)（MVISR），1990年9月發(fā)射了FY-1B衛(wèi)星，配置了兩個(gè)海洋水色通道的高分辨率掃描輻射計(jì)（VHRSR），雖然兩顆衛(wèi)星的壽命不長，但首次利用我國自己衛(wèi)星獲得了我國海區(qū)較高質(zhì)量的葉綠素濃度和懸浮泥沙濃度的分布圖。2008年5月27日，我國新一代極軌氣象衛(wèi)星FY-3A 發(fā)射，衛(wèi)星裝載11臺儀器，光譜通道達(dá)百個(gè)。FY-3A衛(wèi)星上的微波成像儀（MWRI），頻段范圍10～89gHz，地面分辨率15～85gHz，能夠獲取的海洋信息包括海面溫度、海面風(fēng)速以及海冰信息。

2.3 俄羅斯

2.3.1 海洋衛(wèi)星

蘇聯(lián)/俄羅斯—烏克蘭研制的海洋衛(wèi)星系列，分為兩類：第一類遙感器以可見光、紅外探測器為主；第二類遙感器只要為側(cè)視雷達(dá)。1979年2月12日第一顆海洋衛(wèi)星（宇宙-1076）發(fā)射，用于衛(wèi)星試驗(yàn)和海洋氣象、大氣物理參數(shù)的測量。1983年9月28日發(fā)射了載有測試?yán)走_(dá)的試驗(yàn)衛(wèi)星宇宙-1500，觀測結(jié)果表明側(cè)視雷達(dá)作為海洋遙感的手段具有很大潛力。1988年7月5日，第一顆實(shí)用型海洋衛(wèi)星（Okean-O1）發(fā)射成功。海洋系列衛(wèi)星共發(fā)展了4代，第一代為Okean-E系列，共發(fā)射2顆；第二代 Okean-OE系列衛(wèi)星，共發(fā)射2顆；第三代為Okean-O1系列衛(wèi)星，共發(fā)射9顆；最后一代為Okean-O系列衛(wèi)星，發(fā)射1顆。Okean系列衛(wèi)星的用途是對海表溫度、風(fēng)速、海洋水色、冰覆蓋等進(jìn)行觀測。

2.3.2 對地觀測衛(wèi)星中具備海洋觀測功能的衛(wèi)星

“流星”衛(wèi)星（Meteor）是俄羅斯/蘇聯(lián)發(fā)展的極軌氣象衛(wèi)星，目前已經(jīng)發(fā)展了4代，即Meteor-1/2/3/3M/M。其中，Meteor-M是俄羅斯發(fā)展的第四代極軌氣象衛(wèi)星，也是俄羅斯現(xiàn)役氣象衛(wèi)星。Meteor-M衛(wèi)星搭載的低分辨率多光譜儀能夠觀測海面溫度；X波段合成孔徑雷達(dá)能夠?qū)崿F(xiàn)冰的監(jiān)測。

2.4 日本

2.4.1 海洋衛(wèi)星

海洋觀測衛(wèi)星（MOS）是日本的第一個(gè)地球觀測衛(wèi)星系列，又稱桃花衛(wèi)星（Momo）。共發(fā)射了兩顆。MOS-1于1987年2月18日發(fā)射，是一顆試驗(yàn)型海洋觀測衛(wèi)星，用于測量海洋水色、海面溫度和大氣水汽含量。MOS-1B于1990年2月7日發(fā)射，是一顆應(yīng)用型海洋衛(wèi)星，用于觀測海洋洋流、海面溫度、海洋水色等。

2.4.2 對地觀測衛(wèi)星中具備海洋觀測功能的衛(wèi)星

“日本地球資源衛(wèi)星”（JERS）是日本發(fā)展的首顆對陸地表明進(jìn)行觀測的衛(wèi)星，星上裝載的合成孔徑雷達(dá)可以用于海岸以及溢油的監(jiān)測；高分辨率相機(jī)能夠獲取海洋資源信息。JERS-1于1992年2月11日發(fā)射，1998年10月停止運(yùn)行。

“先進(jìn)地球觀測衛(wèi)星”（ADEOS）是日本的地球環(huán)境觀測衛(wèi)星主要用于監(jiān)測全球環(huán)境變化，能夠獲取海洋水色和海面溫度信息。其中，搭載的先進(jìn)微波掃描輻射計(jì)，可用于海面溫度、海面風(fēng)速和海冰分布觀測；全景成像儀有36個(gè)譜段，幅寬1600km，用于監(jiān)測海洋碳循環(huán)；微波散射計(jì)用于觀測全球海面風(fēng)場；水色和海溫掃描儀能夠?qū)Ｑ筮M(jìn)行高精度觀測，測量海洋水色和海面溫度。ADEOS-1衛(wèi)星于1996年8月17日發(fā)射，1997年 6月30日因太陽翼破裂導(dǎo)致無法供電，導(dǎo)致整星失敗。ADEOS-2衛(wèi)星2002年12月14日發(fā)射，整星于2003年10月失效。

“全球變化觀測任務(wù)”（GCOM）是日本開發(fā)的對地觀測衛(wèi)星，由3顆GCOM-W 衛(wèi)星和3顆GCOM-C衛(wèi)星組成，旨在構(gòu)建一個(gè)可以全面、有效進(jìn)行全球環(huán)境變化監(jiān)測的系統(tǒng)。衛(wèi)星上搭載的載荷主要有：高性能微波輻射計(jì)-2和新型圓錐掃描式微波輻射計(jì)，可用于海面風(fēng)速、海面溫度和海冰信息的獲取。

2.5 法國

Jason系列衛(wèi)星是法國CNES和美國NASA聯(lián)合研制的海洋地形觀測衛(wèi)星，是 TOPEX/Poseidon衛(wèi)星的后繼星，屬于美國“地球觀測系統(tǒng)”（EOS）的高度計(jì)任務(wù)。用于海洋表面地形和海平面變化的測量。CNES負(fù)責(zé)平臺、載荷和 DORIS 接收機(jī)的研制，NASA負(fù)責(zé)衛(wèi)星的發(fā)射。2001年12月7日，Jason-1衛(wèi)星發(fā)射，2008年6月20日，Jason-2發(fā)射。目前Jason-2在軌正常運(yùn)行。

2.6 歐洲航天局

歐洲遙感衛(wèi)星（ERS）是歐洲航天局（ESA）研制的對地觀測衛(wèi)星，用于環(huán)境監(jiān)測。1991年7月17日，ERS-1衛(wèi)星從法屬圭亞那航天中心發(fā)射，2000年3月10日由于計(jì)算機(jī)和陀螺儀故障，ERS-1服役結(jié)束。1995年4月21日，ERS-2衛(wèi)星由阿里安-4運(yùn)載火箭發(fā)射；2003年6月，ERS-2失去星上數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，此后僅支持實(shí)時(shí)觀測數(shù)據(jù)傳輸。

“環(huán)境衛(wèi)星”Envisat是ESA發(fā)展的對地觀測衛(wèi)星，用于綜合性環(huán)境觀測，是 ERS的后繼衛(wèi)星，與“氣象業(yè)務(wù)”（MetOp）衛(wèi)星同屬于“極軌地球觀測任務(wù)”。Envisat-1也是美國EOS的組成之一。2002年3月1日，Envisat-1衛(wèi)星發(fā)射，2012年 5月9日，ESA宣布Envisat任務(wù)終止，在軌服務(wù)10年。

“氣象業(yè)務(wù)”衛(wèi)星（MetOp）是歐洲發(fā)展的首個(gè)極軌氣象衛(wèi)星，屬于“歐洲極軌業(yè)務(wù)型氣象衛(wèi)星系統(tǒng)”。ESA負(fù)責(zé)研制，歐洲氣象衛(wèi)星組織（EUMETSAT）負(fù)責(zé)衛(wèi)星的運(yùn)行和管理。MetOp 系列衛(wèi)星共3顆，分別為MetOp-A、MetOp-B和 MetOp-C衛(wèi)星。MetOp-A衛(wèi)星2006年10月19日發(fā)射，MetOp系列衛(wèi)星將至少運(yùn)行到2020年。MetOp-A衛(wèi)星上的“先進(jìn)甚高分辨率輻射計(jì)”可用于獲取海面溫度和海冰信息；“先進(jìn)散射計(jì)”可用于獲取全球的海面風(fēng)場和海冰信息。

“重力與穩(wěn)態(tài)洋流探測器”GOCE是ESA獨(dú)立發(fā)展的地球動(dòng)力學(xué)和大地測量衛(wèi)星，是全球首顆用于探測地核結(jié)構(gòu)的衛(wèi)星。GOCE于2009年3月17日發(fā)射，GOCE能夠提供海洋重力場和海洋大地水準(zhǔn)面的信息。

“土壤濕度和海洋鹽度”（SMOS）是ESA首顆用于監(jiān)測全球土壤濕度和海洋鹽度的衛(wèi)星。衛(wèi)星于2009年11月2日發(fā)射，目前仍在軌運(yùn)行。SMOS搭載的“L頻段合成孔徑微波成像輻射計(jì)”，具有全天候、全天時(shí)的對地觀測能力，能夠提供海面鹽度信息，每10 d在200km×200km面積內(nèi)的平均測量精度為0.1。

“冷衛(wèi)星”（Cryosat）是“歐洲地球探測者計(jì)劃”的一顆衛(wèi)星，該衛(wèi)星采用雷達(dá)高度計(jì)測量陸地和海洋冰蓋厚度的變化，可對極地冰層海溫海洋浮冰進(jìn)行精確監(jiān)測。Cryosat-1衛(wèi)星2005年10月8日發(fā)射失敗，Cryosat-2于2010年4月8日發(fā)射，目前在軌運(yùn)行。

2.7 印度

“海洋衛(wèi)星”（Oceansat）是印度發(fā)展的專用海洋衛(wèi)星，包括Oceansat-1和Oceansat-2，用于海洋環(huán)境探測，包括測量海面風(fēng)場、葉綠素濃度、浮游植物以及海洋中的懸浮和沉淀物。Oceansat-1是“印度遙感衛(wèi)星系統(tǒng)”（IRS）中首顆用于海洋觀測的衛(wèi)星，它于1999年5月26日發(fā)射，2010年8月8日退役。Oceansat-2衛(wèi)星于2009年9月23日發(fā)射，目前在軌運(yùn)行。Oceansat-1和Oceansat-2的主要載荷有“海洋水色監(jiān)測儀”、“多頻率掃描微波輻射計(jì)”和“掃描微波散射計(jì)”。

2.8 韓國

“通信、海洋和氣象衛(wèi)星”（COMS）是韓國發(fā)展的地球靜止軌道衛(wèi)星，用于朝鮮半島及周邊區(qū)域的海洋和氣象監(jiān)測。COMS-1于2010年6月26日發(fā)射，目前正在運(yùn)行，COMS-2正在研制。COMS-1采用歐洲星E-3000平臺，采用三軸穩(wěn)定方式，天線指向精度優(yōu)于0.11°。COMS-1于的主載荷是“地球靜止海洋水色成像儀”，空間分辨率500 m×500 m，譜段為0.4～0.9μm，用于提供海岸帶資源管理和漁業(yè)信息。

2.9 其他國家

“科學(xué)應(yīng)用衛(wèi)星”（SAC）是阿根廷國家空間計(jì)劃的核心計(jì)劃，共包括 4顆衛(wèi)星，其中 SAC-A、SAC-C和SAC-D具備對地觀測能力。SAC-D衛(wèi)星中的主載荷“寶瓶座”微波輻射計(jì)和散射計(jì)，NASA負(fù)責(zé)研制，由L頻段推掃式微波輻射計(jì)和 L頻段微波散射計(jì)組成，用于獲取全球海面鹽度信息，并用于研究海洋環(huán)流。另外，SAC-D衛(wèi)星搭載的“Ka頻段微波輻射計(jì)”可以用來測量海面風(fēng)速以及海冰特征。SAC-D衛(wèi)星2011年6月10日發(fā)射，目前在軌運(yùn)行。

“雷達(dá)衛(wèi)星”（RADARSAT）是加拿大航天局（CSA）的成像雷達(dá)衛(wèi)星，主要用于地球環(huán)境監(jiān)測和資源調(diào)查。RADARSAT衛(wèi)星系列目前已經(jīng)發(fā)射了 RADARSAT-1和 RADARSAT-2 兩顆。RADAR-SAT-1/2衛(wèi)星的主載荷為“合成孔徑雷達(dá)”SAR，可用于海洋溢油和海冰的監(jiān)測。RADARSAT-1于1995年11月4日發(fā)射，1996年4月1日投入運(yùn)行；RA-DARSAT-2衛(wèi)星2007年12月14日發(fā)射，2008年4月24日投入運(yùn)行。

“X頻段陸地合成孔徑雷達(dá)”（TerraSAR-X）是德國民用和商用高分辨率雷達(dá)成像衛(wèi)星，可以用海冰和溢油監(jiān)測。TerraSAR-X 衛(wèi)星2007年6月15日發(fā)射。

3 海洋衛(wèi)星發(fā)展趨勢

3.1 提高觀測精度與時(shí)空分辨率始終是海洋衛(wèi)星發(fā)展方向

衛(wèi)星的觀測精度與時(shí)空分辨率是衡量衛(wèi)星觀測與應(yīng)用能力的重要指標(biāo)。日益增長的海洋研究水平和海洋應(yīng)用能力對海洋衛(wèi)星觀測精度與時(shí)空分辨率提出了更高的要求，而遙感技術(shù)的進(jìn)步則不斷提高著上述指標(biāo)以滿足應(yīng)用需要，這一直是海洋衛(wèi)星的發(fā)展方向。在海洋要素的反演精度方面，主要海洋要素信息的反演精度：如葉綠素達(dá)到35%；海面溫度由1 K提高至0.3～0.5K；衛(wèi)星測高精度由米級提高至2～3cm；海面風(fēng)場觀測精度中風(fēng)速優(yōu)于2m/s，風(fēng)向優(yōu)于20°等，伴隨著海洋遙感技術(shù)的發(fā)展和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的提高，海洋環(huán)境要素的觀測精度還會(huì)不斷提高。隨著電腦運(yùn)算能力的提高，海洋環(huán)境預(yù)報(bào)模式的空間網(wǎng)格越來越細(xì)，未分辨的海洋環(huán)境過程具有更精細(xì)的尺度，這對海洋遙感的空間分辨率提出了更高的要求，需要提供亞中尺度或更精細(xì)尺度以及高時(shí)效的海洋過程的觀測信息。這主要體現(xiàn)在以下主要海洋環(huán)境參數(shù)時(shí)空分辨率的提高上，如海面高度的觀測需要由目前的100km左右提高到10km，重復(fù)周期10d；海面風(fēng)場由25km提高到3～25km，重復(fù)周期6h；海面溫度由40km提高到1～2km，重復(fù)周期小于1d；海洋水色信息由現(xiàn)在的1km提高到0.1～1km，重復(fù)周期15min等。

3.2 定量遙感是海洋衛(wèi)星的發(fā)展趨勢

定量化應(yīng)用是海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用的特點(diǎn)。由海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)生產(chǎn)的葉綠素、懸浮泥沙、海溫、海面高度、海面風(fēng)場、海浪場等遙感產(chǎn)品，都屬于定量化反演應(yīng)用的范疇。可靠完善的定標(biāo)技術(shù)和檢驗(yàn)手段是確保高質(zhì)量海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品的關(guān)鍵。為此，在國際上海洋衛(wèi)星都建有定標(biāo)與真實(shí)性檢驗(yàn)場，專門用于海洋遙感載荷的定標(biāo)和數(shù)據(jù)產(chǎn)品的真實(shí)性檢驗(yàn)，如用于雷達(dá)高度計(jì)絕對定標(biāo)的定標(biāo)場就有美國的 Harvest石油平臺、法國南部的科西嘉島和希臘的加夫多斯島3個(gè)專用定標(biāo)場。同時(shí)，遙感載荷的星上定標(biāo)單元日益完善、外定標(biāo)技術(shù)日趨成熟，定標(biāo)精度不斷提高。

早期的海洋水色遙感器、雷達(dá)衛(wèi)星數(shù)據(jù)都沒有經(jīng)過定標(biāo)，雷達(dá)高度計(jì)衛(wèi)星也沒有精密定軌載荷，這些嚴(yán)重影響了海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)精度和數(shù)據(jù)的應(yīng)用。目前典型的星載海洋遙感器定標(biāo)精度不斷提高，如海洋水色遙感器總幅亮度絕對定標(biāo)精度已優(yōu)于 5%，雷達(dá)衛(wèi)星絕對輻射精度提升至1.0 dB，這保證了海洋衛(wèi)星定量化應(yīng)用進(jìn)一步的需求。

3.3 積極發(fā)展新型海洋遙感載荷是海洋衛(wèi)星發(fā)展的重要推動(dòng)力

積極發(fā)展海洋遙感新型載荷是海洋衛(wèi)星發(fā)展的重要推動(dòng)力。世界各國都在積極發(fā)展海洋遙感載荷技術(shù)，使得海洋衛(wèi)星可觀測要素不斷增加，測量精度不斷提高，推動(dòng)拓展了衛(wèi)星應(yīng)用領(lǐng)域，有力推動(dòng)了衛(wèi)星應(yīng)用水平的不斷提高。

目前國際上列入發(fā)射計(jì)劃的海洋衛(wèi)星中，出現(xiàn)了一批新型海洋遙感載荷，例如，SWOT（Surface Water and Ocean Topography Mission）高度計(jì)衛(wèi)星，該衛(wèi)星的主載荷在傳統(tǒng)雷達(dá)高度計(jì)基礎(chǔ)上增加了高頻的 Ka頻段雷達(dá)干涉儀，測高精度將達(dá)到1.5～3cm，空間分辨率達(dá)到0.5～1km，因而SWOT既滿足了海洋動(dòng)力現(xiàn)象的高精度觀測，還能夠觀測陸地水體的變化，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)雷達(dá)高度計(jì)在觀測中尺度或亞中尺度海洋動(dòng)力現(xiàn)象中的不足。

加拿大RCM（Radarsat Constellation Mission）是對Radarsat-1/2衛(wèi)星后續(xù)任務(wù)計(jì)劃，將繼續(xù)為全球用戶提供C頻段SAR數(shù)據(jù)。RCM包含3顆衛(wèi)星，同一軌道面內(nèi)最多可擴(kuò)充到運(yùn)行6顆衛(wèi)星，使得整個(gè)系統(tǒng)能夠適應(yīng)未來的應(yīng)用需求，并將顯著提高觀測的時(shí)空分辨率。在成像模式上，首次針對海冰/海面溢油、海上船舶觀測設(shè)計(jì)了專用工作模式，即低噪聲模式和船舶觀測模式，這將極大提升海洋目標(biāo)的觀測能力。

以上這些新載荷代表了今后海洋衛(wèi)星遙感發(fā)展的新趨勢，從目前國際上列入研制計(jì)劃的新型海洋遙感載荷的技術(shù)指標(biāo)來看，今后技術(shù)創(chuàng)新主要體現(xiàn)以下幾個(gè)方面：

（1）星載雷達(dá)遙感器體積小型化，重量輕，電子部件低功耗；

（2）高頻段（尤其Ka頻段）高效、高功率發(fā)射機(jī)；微波遙感載荷向高頻、多頻、多極化等方向發(fā)展以及微波與光學(xué)遙感器的協(xié)同使用；

（3）星上數(shù)據(jù)處理能力和數(shù)據(jù)下傳能力進(jìn)一步提高；

（4）對于圓錐掃描模式遙感器采用6～12 m可伸展天線，提高載荷微波輻射遙感和散射遙感的分辨；

（5）針對不同空間尺度的海洋環(huán)境要素或海洋目標(biāo)設(shè)計(jì)專用的工作模式；

（6）多角度、多譜段、多通道成像光譜儀，進(jìn)一步提高穩(wěn)定性、信噪比和大氣訂正能力；

（7）地球同步衛(wèi)星搭載海洋水色成像儀，對海岸生態(tài)信息進(jìn)行高頻次的動(dòng)態(tài)信息采集。

在開發(fā)新型遙感載荷和技術(shù)不斷創(chuàng)新的同時(shí)，可采用穩(wěn)定可靠的多星組網(wǎng)方式來進(jìn)一步提高海洋要素觀測的時(shí)空分辨率。地面數(shù)據(jù)處理的高時(shí)效和高精度也是更好滿足實(shí)際應(yīng)用需求的關(guān)鍵。

4 展望

通過分析世界海洋衛(wèi)星發(fā)展歷程與趨勢可以看出，衛(wèi)星平臺、載荷技術(shù)、地面設(shè)備以及數(shù)據(jù)處理技術(shù)不斷進(jìn)步，海洋遙感衛(wèi)星觀測的精度與時(shí)空分辨力不斷提高，衛(wèi)星數(shù)據(jù)定量化應(yīng)用不斷深入。不斷出現(xiàn)的新型海洋遙感載荷，將具備更快、更精確獲取更大范圍、更多種海洋觀測信息的能力。

隨著海洋對全球氣候和環(huán)境的影響越來越受到重視，對世界各國經(jīng)濟(jì)、軍事的影響越來越密切，世界各國對海洋衛(wèi)星的投入不斷加大，可以預(yù)見海洋衛(wèi)星遙感未來將獲得更大的發(fā)展空間，取得更顯著的應(yīng)用成果。

【作者單位：國家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心】

（摘自《海洋學(xué)報(bào)》2015年1期）